石墨片超快激光器闪耀登场！

英国剑桥大学及法国CNRS的研究人员已经制造出超快锁模(mode-locked)石墨片(graphene)激光器。由于石墨片为零能隙的半导体，这项研究成果不仅令人意外，而且显示了石墨片在光电器件上大有可为。

　　石墨片为蜂巢晶格的碳原子平面，其电子能以极高速运动，行为类似无静止质量的相对论性粒子，亦即所谓的狄拉克粒子(Dirac particle)。自2004年问世以来，石墨片不断以其独特的电子与力学性质惊艳科学界，并在器件应用上展现广泛潜力，因此被看好可能会取代硅成为未 来电子器件新材料。最近，剑桥大学的Andrea Ferrari与其同事借助石墨片超快激光器的发明，证明了石墨片也可以应用于光电产品上。

　　超快激光器在科技领域中的应用相当广，目前制造超快激光器的主要技术是透过锁模，锁模激光器能以非常高的频率产生超短脉冲波，仰赖的技术是半导 体饱和吸收镜(semiconductor saturable absorber mirror, SESAM)。然而，此价格昂贵的器件不仅制作过程复杂，而且频宽相当有限。

　　Ferrari表示，一般而言，能隙的存在是SESAM锁模技术的基本条件，零能隙的石墨片能被应用在锁模技术上确实令人惊讶。该团队研究了石 墨片如何吸收光子，以及光激发电子空穴在石墨片中的行为，结果发现泡利阻断(Pauli blocking)在吸收饱和过程中扮演了关键的角色。

　　根据泡利不兼容原理(Pauli exclusion principle)，当电子跃迁到激发态的速率大于松弛速率时，吸收过程便达饱和，原因是激发态中已无可供电子跃迁的“空间”。由于石墨片中的狄拉克电 子具有线性色散，意味着石墨片的饱和光吸收具有最大的频宽，远远超过其它的已知材料。

　　该团队首先从石墨片溶液中取得石墨片-高分子复合物，接着将此复合物置于激光器共振腔中的两根光纤之间。Ferrari表示，石墨片的操作波段 从紫外光横跨至远红外光，为理想的宽带饱和吸收体，此超快激光器利用它的宽带光学非线性特性，使得零能隙的石墨片不再局限于奈米电子学应用，而能跨足光电 子学及积体光子器件。